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飽和水蒸気量と気温から湿度の本質と加湿効果を考える。気温で湿度は変わる。暖房の有無で結露したら湿度はリセットです。

冬の加湿シリーズということで、今回は小学生の時に理科で習う「飽和水蒸気量」と「気温」から、加湿の効果について考えてみたいと思います。

濡らしたタオルを干すことや、洗濯物を部屋の中に干すことで加湿効果はどの程度あるのか、どの程度の水が必要なのかを小学生の算数を多用して紐解いていきます。

24時間暖房をしている場所以外は、夜間などに空気が冷えると飽和水蒸気量が下がり、露点に達して多くが結露します。室温が下がって結露したら、加湿効果は一旦リセットです。

飽和水蒸気量について真剣に考えると、湿度の本質が見えてきます。さあ一緒に乾燥しやすい冬の湿度対策を考えましょう!

飽和水蒸気量の何パーセントの水蒸気が含まれているかが湿度

湿度が何パーセントと言われて「へ~」となんとなく聞き流していしまいますが、そもそも湿度とはどんな値なのか一緒に考えてみましょう。

空気中には水が気体としていられる量に制限があります。これを「飽和水蒸気量」と言います。

例えば、気温が20℃の空気、1立方メートルには水が17.2グラムまで水蒸気として存在できます。20℃の場合には、17.2グラムを超えた分は液体の水にならざる得ないという事です。

気温20℃なら、1立方メートルに水17.2グラムが気化していたら湿度100%

1立方メートルに17.2グラムが水蒸気だったら湿度は100%、1立方メートルに8.6グラムの水蒸気がある状態なら湿度50%です。

気温25℃だと、1立方メートルに水17.2グラムが水蒸気になっていても湿度75%!?

小学校の理科を思い出してみて下さい。飽和水蒸気量は、気温によって異なっています。25℃の時の飽和水蒸気量は23g/立方メートルです。

水が水蒸気になれる量は、温度が低いほど少ないのです。温度が高いほどたくさんの水蒸気を空気中に含むことができます。

では、なぜ寒い冬はちょっとの水があれば湿度が高くなりそうなのに、とても乾燥してしまうのでしょうか?

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0℃の空気だと、1立方メートル当たり4.85グラムしか水蒸気でいられない

さて0℃の空気の飽和水蒸気量は1立方メートル当たり4.85グラムです。

冬のお外の空気1立方メートルには、水が4gちょっとしか水蒸気でいられず、そのほかは水になってしまうんです。

冬の白い息の正体

寒い日に私たちが息を吐くと、呼気に含まれる水蒸気が白い細かな水滴になって白い息になります。

水蒸気が5gしか含まれない空気を部屋の暖房で加熱すると・・・

0℃の空気には水蒸気が最大でも4.85gしか含まれていません。この空気をお部屋の暖房で加熱して20℃にしたとします。

すると、20℃の時の飽和水蒸気量は17.2gなので・・・なんと湿度28%です!

乾燥していますね。。。

北風(季節風)と湿度の関係

今度は冬の北風について考えてみたいと思います。

夏はじめじめと梅雨前線が日本の上を支配します。また台風が来たり雨が降ったりと、いわゆる低気圧な状態です。

冬と言えば、北風です。この北風はどこから吹いてくるかと言うと、北からです!北とは、シベリアの方からと言う事です。

日本より北の方は、マイナス何度という世界で、飽和水蒸気量はもっと少ない地域です。マイナス20℃の飽和水蒸気量は0.882です。ある意味当たり前ですが、氷になってしまうので殆ど水蒸気はありません。

この空気がそのまま北風で日本に来ると、来る途中でちょっとずつ日本海の水分を水蒸気に変えて蓄えながらやってきます。暖かい空気との衝突や気圧の変化により雨や雪になり、日本海側に降り注ぎます。

日本海側で雪を降らせた後、太平洋側に来るときには水気を無くして乾燥して入ってきます。これが太平洋側の冬の乾燥に関係しています。

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暖房と湿度の関係

湿度という観点だけに着目すると、暖房をしていると湿度を高めることは非常に難しくなります。

暖房をして空気を温めると、飽和水蒸気量は大きくなります。0℃だと水は殆ど氷になりますが、30℃だと1立方メートルあたり約30グラムが水蒸気になれます。

先ほど20℃では17.2gでしたよね?つまり、20℃の時湿度100%だったとしても、30℃まで暖房したら湿度57%位になってしまうという事です。

6畳の部屋の容積は?湿度100%は?

6畳は約11平方メートル(11平米)です。天井までの高さが2.5mだとすると27.5立方メートルの容積があります。

気温20℃だとすると、飽和水蒸気量は473g=473mlです。気温25℃だとすると、632g=632mlです。

6畳でも500mlペットボトル1本分の水を水蒸気に変えないと湿度100%になりません。

6畳の部屋でたくさんのタオルに500mlペットボトル1本分の水を含ませてそれが乾燥したならば湿度のかなり高い状態が作れるかもしれません。

施設・学校などの加湿でタオル程度では…ちょっと疑問

6畳の部屋で湿度100%を実現するために500ミリペットボトル1本分の水が必要と言う事をお話ししました。

では、現実的な話、もっと広い教室や施設の共用部などを加湿するとしたらどうでしょう?

タオル数枚ではちょっと無理そうですよね。

ただし、圧の関係で乾燥した空気は水があると少しずつ水蒸気にしようという自然の力が働くので、水分に近い部分の湿度は若干上がるはずです。

今まで話してきたのは、容積をまんべんなく一定の湿度にするとしたら…の話です。

中学生くらいでしょうか?ボイルシャルルの法則?とかだったかと思います。

広い部屋で加湿をするには?

現実的には、例えば加湿器が設置してあったらその近くの空気の湿度は高くなるはずです。

加湿器を選ぶときには、1時間当たり何mlを水蒸気に出来るか=加湿量を参考にしましょう!

業務用や強力加湿器などと言われるタイプだと1時間に1500ml位を水蒸気に変えます。これは18畳の部屋を1時間で湿度100%近くに出来るという事です。

 

部屋が冷えると結露して湿度がリセットされる

24時間暖房をしている場所以外は、夜間などに空気が冷えると飽和水蒸気量が下がり、露点に達して多くが結露します。

こうなると、残念ながら加湿はリセットされます。せっかく水蒸気になっていたものが、みんな水に変ってしまったわけです。

次の日に暖房を入れると、湿度はかなり低い状態になります。

おしゃれな形の加湿器は 加湿量:300ml/1時間 くらいのものが多くみられます。

朝来て暖房を付けて加湿器のスイッチを入れると、大きな部屋で加湿量300ミリだとするとほぼ無意味な加湿をしている状態になります。

冬の加湿はなかなか難しい課題ですが、あきらめずにこれらの計算などを駆使ししてよりよい方法を考えたいですね。

ウイルスの不活化のためには、湿度60%と言われています。ここで考えてきたように、湿度と気温は同時に考えないと意味がありませんので、覚えておくと便利だと思います!

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